多环芳烃（PAHs）是含两个或两个以上芳香环的烃类化合物。PAHs具有较强的生理和遗传毒性，能引起人体细胞脂质过氧化，细胞膜结构和组成破坏，DNA 氧化损伤和突变，诱导机体致畸、致癌和致突变。环境中PAHs绝大部分由人为活动产生。环境保护部和国土资源部2014年发布的全国土壤污染状况调查显示，PAHs为主要有机污染物之一，污染区包括城郊耕地、工业废弃地、工业园区、采油采矿区、污水灌溉区以及干线公路两侧土壤。由于土壤表层PAHs容易通过微型颗粒和食物链进入人体，修复PAHs污染土壤一直是我国重点研究课题。 本研究团队自2005年开展植物修复PAHs的研究工作，在国家863项目、上海市农委和科委重点项目的支持下，围绕培育高效降解PAHs植物新种质进行了长期探索。主要内容包括：从上海土著菌群中规模化分离PAHs降解菌；细菌PAHs降解关键酶基因克隆；植物参与PAHs氧化和转运相关基因资源挖掘；按照植物表达模式优化合成PAHs降解相关基因；草甘膦抗性基因5-烯醇丙酮酰-莽草酸-3-磷酸合成酶（EPSPS）筛选、体外改组、基因优化，以EPSPS基因替代抗生素抗性筛选标记基因的安全植物表达载体构建；植物多基因表达载体构建方法的建立；恶臭假单胞菌萘双加氧酶复合体植物载体构建及转基因植物培育；表达由分枝杆菌末端氧化酶与恶臭假单胞菌电子传递蛋白组成的PAHs双加氧酶杂合体植物培育；人降解PAHs的P450单加氧酶和糖基转运蛋白双价载体构建及转基因植物培育。项目涉及基因工程、代谢工程、环境、微生物学和植物生理学等多门学科。 本项目在PAHs降解植物培育方法上具独创性，总体水平处于国际领先。创新点包括：1）建立了快速从细菌中克隆PAHs降解基因簇的方法，从上海土著细菌中获得多个具有自主知识产权的基因。2）建立了草甘膦抗性基因EPSPS高通量定向筛选技术，获得了多个性能优于商业化CP4-EPSPS的草甘膦抗性基因,构建了无抗生素抗性基因植物表达载体；3）建立了基于定点突变和基因优化的植物多基因表达载体构建技术；4）利用多基因构建技术，国际上首次构建了表达恶臭假单胞PAHs萘双加氧酶复合体，表达分枝杆菌末端氧化酶与恶臭假单胞电子传递蛋白杂合体，以及表达人P450单加氧酶和UDP-葡萄糖苷糖基转移酶双价基因的3套植物表达载体，通过模式植物拟南芥和水稻的转化验证了上述3套植物表达载体在植物中对不同类型PAHs的降解功能，为培育修复多种PAHs污染土壤的植物提供了创新性手段。 本项目共发表SCI论文15篇，其中5篇为不同领域一区期刊（3篇为环境领域顶级期刊，1篇为代谢工程领域排名第一期刊，1篇为微生物学顶级期刊），最高单篇影响因子13.8, 最高单篇引用次数达253次，项目获得7项授权专利；专利中部分核心技术，在两个生物技术公司得到应用，近3年新增产值2500万元；项目设计的多套植物分解PAHs体系，通过模式植物拟南芥和水稻功能验证，对小试区位的PAHs污染修复表现良好。该技术可以推广到更多植物改良，培育出能用于农田土壤中PAHs污染修复、人工湿地建设、填埋场表层覆盖与生态恢复、生物栖身地重建、公路周边环境保护等多种植物，具有巨大环境和社会效益。